雷賽全數字化交流伺服在立式包裝機上的應用
2010/8/9 13:12:00
Abstract:Introduction an appliction of Leadshine’s AC servo based on automatic packer machine.The datasheet indicates that the servo system has at least 50% efficiency above compare with the step system.This application gives a good example in the packer field.
Key Words: Leadshine’s AC servo Packer machine
1 前言
立式包裝機設備主要用于加工塑料包裝袋及各種規格的生活塑料袋，早期的設備采取的是剎車離合器等控制機構，后來改進為步進系統控制裝置，現在又發展成為PLC及伺服電機加變頻調速為主的控制機構，目前，伺服控制已成為行業的應用趨勢。
深圳市雷賽機電技術開發有限公司針對國內立式包裝機現狀推出了專用伺服控制解決方案，在國內某包裝機設備公司得到成功應用并廣泛推廣。該方案采用了雷賽ACS806全數字化交流同步伺服驅動器、ACM交流永磁同步伺服電機，配合客戶端的觸摸屏、PLC、變頻器、變頻電機等元器件，構成一整套完整的伺服解決方案。
圖1 立式包裝機設備圖及包裝袋樣品圖
根據設備工藝要求選擇了低慣量高轉速的雷賽ACM602V36伺服電機作為主要運動機構，保證了包裝制袋機在頻繁啟停時運動的平穩性與快速響應性，使伺服電機的一次送料轉速能夠滿足切刀上下運行的時間要求，同時簡化了機械機構，解決了原機械設備效率低、定位精度低、能耗大、自動化水平低、浪費材料等缺點。
2 控制原理
圖2 設備電氣原理圖
圖2為包裝機設備電氣原理圖，整個設備工藝過程主要分為抬刀、定位、封切三個部分，整個工藝過程由熱封切刀、伺服裝置、變頻裝置、牽引皮輥、承切皮輥聯動完成。
熱封切刀安裝在傳動軸上，該軸由變頻裝置驅動，做上下往復運動；伺服裝置驅動牽引皮輥，按照一定的速度，保證熱封切刀在離開承切皮輥并再次到達承切皮輥之前，將所設定長度的塑料袋送過切刀；隨后，熱封切刀到達承切皮輥，將塑料袋封口，并切開。
*人機界面：觸摸屏，界面上可設置定長封切或色標封切、切袋長度、送袋速度等，當選擇為定長封切時，色標封切無效。
*PLC：核心程序的載體，控制各執行機構的運轉與協調。根據伺服機構的機械傳動比、伺服驅動器的電子齒輪比、伺服電機編碼器的線數以及出料輥的周長，PLC程序計算出伺服驅動器接收一定數量的脈沖，伺服電機驅動出料輥轉動，帶出一定長度的膠袋，實現定長控制。
*色標傳感器：到位信號，負責時間的判斷與控制信號的發出。
*主變頻裝置：負責熱封刀的連續上下運動，同時控制出袋速度與效率。
*伺服驅動裝置：由驅動器、伺服電機構成，作為主要運動機構，主要任務是完成定位精度的控制，嚴格執行來自PLC的脈沖指令控制，同時，保證在頻繁啟動負載下自身運動的平穩性與快速響應性，使伺服電機的一次送料轉速滿足切刀上下運行的時間要求。伺服性能直接反映了這臺設備的整機性能與質量。
3 工作流程
包裝機設備的工作流程如下：
1）設備上電，溫控器控制封刀處加熱器進行加熱；
2）送料變頻器驅動送料電機以設定的速度輸送塑料薄膜，送料感應器檢測到送料端放卷的塑料薄膜足夠時，送料電機停止送料；
3）溫度達到預設值，溫控信號導通，主變頻器驅動主電機通過機械傳動裝置控制切刀和封刀的上下往復運動；
4）切刀每向上運動一次，伺服信號導通一次，伺服電機驅動出料輥夾著塑料薄膜帶轉動一次，切刀和封刀下切，膠袋形成 ；
5）設定個數到達或按停止鍵時，當前膠袋形成后停機，切刀和封刀停在高位停車處。
4 伺服系統應用與實際調試數據
本機采用雷賽ACS806伺服驅動器，驅動單元采用美國TI公司最新DSP芯片、大規模可編程門陣列(CPLD)和智能化功率模塊(IPM)，集成度高、可靠性好。驅動單元具備標準位置控制，可接收脈沖信號，同時具備了主電源過壓欠壓、過流、過載、編碼器異常、位置超差等多項在線檢測與診斷，使控制過程一目了然。
伺服電機為雷賽ACM602V36三相永磁同步伺服電機，寬調速比，恒轉矩輸出，三倍過載能力，額定轉速3000rpm，配置2500線編碼器。
本機只需使用一套伺服系統就能完成其主要功能，圖3為該包裝機伺服配置。
圖3 雷賽伺服驅動器配置圖
4.1 包裝機系統預估值
該包裝機設備基本參數如下：
輥軸直徑：36mm ；袋長精度：小于0.5mm；機械減速比：1：4
根據以上信息，計算電機轉速和系統分辨率：
（1）電機轉速預估：
此機送料輥直徑r=36mm，圓周長為
，
，若以500mm長的袋子為例，則一次制袋成型送料輥需轉動的圈數為： 
，若每分鐘制袋120個，則每分鐘送料輥需轉動：
，同時，送料輥與伺服電機存在1:4的減速比，故最終伺服電機的轉速為：
，若每分鐘制袋120個，則每分鐘送料輥需轉動：，同時，送料輥與伺服電機存在1:4的減速比，故最終伺服電機的轉速為：
（1）（2）系統分辨率預估：
伺服編碼器為2500 ppr，經驅動器四倍頻后，精度為10000ppr,則伺服電機的精度可等效為
；又電機輸出到出料輥有4:1的減速比，則出料輥實際檢測精度為： 
，對應的長度分辨精度為：
；又電機輸出到出料輥有4:1的減速比，則出料輥實際檢測精度為： ，對應的長度分辨精度為： 
（2）故其預估偏差遠遠小于系統精度設置值0.5mm。
4.2 包裝機實際調試數據
現場調試，客戶端參數如表1所示：
表1 某客戶端實際調試參數表
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控制方式
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雙脈沖（CCW方式）
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